Джессика Сакс - Мікроби гарні та не дуже. Здоров’я і виживання у світі бактерій

Більш продуманими були нещодавні спроби завадити формуванню біоплівки, втручаючись у сигнали про «відчуття кворуму», якими члени бактеріальної спільноти обмінюються для координації своїх дій. У 1990-х роках принстонський біолог Бонні Басслер показала, що бактерії виробляють сигнальні речовини, які дозволяють їм спілкуватися з широким розмаїттям інших видів. Вона назвала цей другий тип сигналів про відчуття кворуму «бактеріальним есперанто». Схоже, що ця «мова» необхідна для росту багатовидових біоплівок, а тому є спокусливою мішенню для препаратів, які блокують їх формування.

Сьогодні Басслер є однією з понад десятка молекулярних біологів, які співпрацюють із фармацевтичними компаніями з метою втілити нове розуміння відчуття кворуму в препарати для руйнування біоплівок. Однак вона залишається доволі обережною в міркуваннях щодо правильності наповнення організму такими хімікатами. Зрештою, не всі біоплівки погані. Свідчення цього – захисні біоплівкові спільноти, що формуються лактобацилами в піхві та величезним різноманіттям бактерій у наших кишках. В обох випадках їх руйнування явно підвищує схильність до хвороб. Нещодавно Басслер та одна з її колишніх аспірантів Карина Ксав’є знайшли докази, що деякі кишкові бактерії можуть захищати від патогенів, таких як Vibrio cholerae , шляхом маніпуляції рівнями певних сигнальних речовин відчуття кворуму з метою «заплутати» ворога. З цих та інших, поки невідомих причин застосування препарату, що порушує відчуття кворуму по всьому організму, може мати катастрофічні наслідки.

Проте, як і з традиційними антибіотиками, зберігається можливість націлити руйнівників біоплівки на мінімізацію небажаних побічних ефектів. Наприклад, хірурги-ортопеди повідомляють, що за більшість інфекцій суглобових імплантів відповідають несуть два види стафілококу: Staphylococcus aureus та Staphylococcus epidermidis . Ці два види використовують спільну сигнальну речовину відчуття кворуму для ініціації формування біоплівки своїми представниками. Дослідники виявили, що можуть блокувати цю речовину невеликим білком під назвою РНКIIIінгібіторний пептид (РІП). Відкриття цього білка дає нову надію на «очищення» багатьох імплантів, що з часом вкриваються стафілококовими біоплівками.

Що ж до багатьох інших видів бактерій, які інфікують відновлені стегна й коліна, найамбітнішим із запропонованих рішень є створення самодіагностичного, самолікувального та самомоніторингового штучного суглобу. Цей футуристичний пристрій є породженням розуму інженера-біоніка та мікробіолога Ґарта Ерліха з Медичного коледжу Дрексельського університету у Філадельфії. Зводячи разом хірургів, мікробіологів та інженерів-біомеханіків, Ерліх організовує розробку того, що він називає «розумним» імплантом, насиченим водночас антибіотиками та руйнівними для біоплівки препаратами, які застосовуватимуться ретельно вивіреними в часі порціями. Координувати ці часові проміжки мають біодатчики, здатні виявляти сигнали про відчуття кворуму, якими мікроби обмінюються, коли «обдумують» життя своєї спільноти. Як скоро ця складна біоніка перетвориться з мрії на реальність, здебільшого залежатиме від успіхів у нашому розумінні таких «добіоплівкових» сигналів.

Тим часом деякі біоінженери продовжують шукати потенційно простіше рішення: метафоричний «тефлоновий» імплант. Справжній тефлон, на жаль, виявився надзвичайно сприятливим для утворення біоплівок. Теоретично, поверхня ідеального імпланта має бути надто слизькою або якимось іншим чином фізично незручною для затримки мікробів. Із багатьох матеріалів, що наразі розробляються, одним із найбільш перспективних є хітозан – хімічна сполука, що походить від хітину, жорсткого компоненту панцирів ракоподібних. Філіп Стюарт із Центру біоплівкової інженерії Університету штату Монтана порівнює розроблене його командою хітозанове покриття імплантів з «ліжком із гвіздків». Бактерії, що підходять до нього занадто близько, закінчують «дірками та протіканням», каже він. «Це може не вбити їх одразу, але точно відіб’є їм охоту захоплювати якийсь плацдарм». Аналогічно дослідники біоматеріалів із Цюрихського та Техаського університетів працюють разом над покриттям імплантів із поліетиленгліколю. Колись учені вважали, що ця речовина робить поверхню надто слизькою, щоб бактерії могли за неї зачепитись. Цюрихсько-техаська команда показала, що та фізично відлякує мікробів за допомогою мікроскопічних колючо-щетинистих волокон. «Для них це як намагатись пролізти крізь живу огорожу», – каже Джеффрі Губбелл із Цюриха.